過電圧保護回路：意味、種類、およびDIYプロジェクトの説明

間違いなく、電源の障害などによって過電圧状態が発生したことを経験したり、聞いたりしたことがあるはずです。また、火災や回路の誤動作、回路部品の損傷などの過電圧の影響を見たことがあるかもしれません.

では、電源で過電圧状態が発生しないようにするにはどうすればよいでしょうか?

この記事を読むことで、使用できる過電圧保護回路プロジェクトの種類を知ることができます。また、理解を深めるために回路図も含めます。

さぁ、始めよう。

過電圧保護とは?

過電圧保護は、出力をクランプするか、より高い電圧レベルで電源をシャットダウンする電源機能です。多くの場合、保護が発生するには、電圧レベルがプリセットレベルを超える必要があります。

過電圧保護回路は、主に多くの電源装置の電子部品の損傷を防ぎます。そのため、過電圧保護は現在、自動車アプリケーションなどのいくつかのアプリケーションで非常に人気があります.

(車)

過電圧保護タイプ

過電圧保護の種類は、コスト、性能、複雑さによって異なります。それらはすべて、効率的な電源過電圧保護を実現します。

最も一般的な 3 つは次のとおりです。

SCR (シリコン制御整流器) バール

SCR クローバ回路は、電源の出力に交差する短絡回路を作成することによって過電圧を防ぎます。

SCR サイリスタは大電流を切り替えることができ、電荷が分散するまでアクティブになります。また、SCR をヒューズに接続して、レギュレーターがそれ以上の電圧を受け取らないようにすることもできます。

SCR クローバー回路

この回路では、ツェナーダイオードが機能し、出力の動作電圧よりも高い電圧を維持します。同様に、回路の損傷を防ぐために低電圧レベルを維持します。

したがって、ツェナーダイオードにはブレークダウン電圧がないため、導通時に電流が流れません。その結果、現在はサイリスタを流れず、閉じたままになっています。ただし、電源は通常どおり動作します。

(ツェナーダイオード)

DC 電源の直列パストランジスタが故障すると、電圧が上昇することがよくあります。幸いなことに、ユニットのデカップリングにより、電圧が即座に上昇するのを防ぎます。電圧上昇は、ツェナーダイオードが導通し始める場所を指定します。その後、サイリスタのゲートに電流が流れ、トリガがかかります。

トリガ後、サイリスタは電源出力をグランドに短絡し、回路への損傷を防ぎます。また、短絡を使用してヒューズを飛ばし、電圧レギュレータから電力を迂回させることもできます。転用により、ユニットがさらに損傷するのを防ぎます。

(サイリスタ)

場合によっては、サイリスタゲートからグランドへのデカップリングユニットとして小さなコンデンサを配置できます。目的は、電力を受け取っているデカップリングチームからの RF または鋭い過渡現象を防ぐことです。そうすれば、RF がゲート接続に到達せず、誤ったトリガーが発生することはありません。

現実的な障害の場合でも、過電圧保護が遅くなる可能性があるため、大規模なデカップリングは避けてください。

電圧クランプ

電圧クランプは、過電圧保護の 2 番目の形式です。

電圧クランプ回路

その動作には、安定化電源の出力と交差して配置されたツェナーダイオードが必要です。ツェナーダイオードの電圧は最大レール電圧よりわずかに高いため、通常は導通しません。ただし、電圧が高くなりすぎると導通し始めます。次に、ツェナーダイオードが電圧をレール電圧よりも高い値にクランプします。

安定化電源により高い電流能力が必要な場合は、ツェナーダイオードに遷移バッファーを追加します。これにより、ツェナーダイオードの電流能力がトランジスタの電流ゲインに等しくなります。回路にはパワートランジスタが必要になるため、現在のゲインレベルは 20 ～ 50 まで低下します。

電圧制限

電圧制限は、スイッチモード電源の過電圧保護の一種です。幸いなことに、スイッチモードレギュレータは低電圧状態では動作しないことがよくあります。ただし、過電圧状態の場合は、電圧制限デバイスをチェックすることをお勧めします。

電圧制限条件は、過電圧状態を感知して動作し、DC-DC コンバータのようにコンバータをシャットダウンします。

DC-DC コンバーターとスイッチモードレギュレーターは、チップを使用して回路を動作させることがよくあります。また、IC レギュレータの外部に配置されたセンスループを使用する必要があります。レギュレータチップが損傷して過電圧が発生すると、センシングメカニズムも損傷する可能性があるため、外部センスループは重要です。

注;

スイッチモードレギュレータチップに固有の回路と、効果的なパフォーマンスを得るために適用される特定の回路が必要になります。

スイッチモード/スイッチレギュレータ

過電圧保護回路プロジェクト

過電圧の持続時間と大きさによって、保護を強化するための回路の設計が決まります。このセクションでは、2 つのプロジェクトについて説明します。

ツェナー電圧調整回路

ツェナー電圧レギュレータには 2 つの機能があります。

まず、過電圧保護に役立ちます。
次に、入力の供給電圧を調整します。

ツェナー電圧レギュレータ回路

上記の回路の場合、コースのプリセットレベルはツェナーダイオードの定格です。そのため、回路は約 5.1V のしきい値で導通できません。

プリセット値; これは、回路が負荷側の電源を切断する原因となる高いしきい値電圧です。

さらに、トランジスタのベース-エミッタ間電圧がトランジスタ Q1 の導通を決定します。そのため、回路の出力電圧が上昇すると、トランジスタの Vbe (ベース-エミッタ間電圧) が上昇し、伝導が少なくなります。その後、出力電圧は減少し、持続可能な電圧レベルを維持します。

ツェナーダイオードを使用した過電圧保護回路

この 2 番目の過電圧保護回路では、ツェナーダイオードと共に PNP トランジスタを使用します。

ここで正確なツェナーダイオードの値を見つけるのは難しい場合があるため、プリセット値に近い定格を選択してください。

コンポーネントリスト

ブレッドボード、

FMMT718 PNP トランジスタ、

ワイヤーの接続

抵抗器 (1k、2.2k、および 6.8k)、および

ツェナーダイオード 5.1V (1N4740A).

ツェナーダイオードを使用した過電圧保護回路

過電圧保護回路の動作原理

プリセットレベルが通常の動作時の電圧よりも高い場合、Q2 のベース端子が増加します。 PNPトランジスタなのでオフになります。 Q2 がオフ状態になると、Q1 のベース端子がローになり、電流が流れます。

逆に、設定値が電圧よりも小さい場合、ツェナーダイオードは導通を開始します。次に、Q2 のベースをグランドに接続すると、Q2 がオンになります。 Q2 がオンの状態では、Q1 のベース端子が高くなり、オープンスイッチのようにオンになります。したがって、Q1 はそれを流れる電流を制限し、過電圧による負荷の損傷を防ぎます。

さらに、トランジスタの電圧降下は、正確な回路の読み取り値を提供するために、それ以下である必要があります。この場合、VCE 飽和レベルが低い FMMT718 PNP トランジスタを使用しました。トランジスタ間の電圧降下を可能な限り低く保ちます。